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目前高吸水性树脂的研究大多集中在新产品的合成及应用方面,对高吸水性树脂的结构与性能关系研究还不够,特别是在分子水平上进行结构设计与性能研究还不多见。因此,本课题根据插层理论设计出蒙脱石以单片层纳米分散于聚合物基体的聚合物/蒙脱石纳米插层结构,运用插层技术合成出此结构,并用IR、XRD、TEM等手段对此结构进行表征,进而探讨结构与性能之间的关系。 本文以部分中和的丙烯酸为客体,以蒙脱石为插主,通过反相悬浮聚合法合成出聚丙烯酸钠/蒙脱石插层复合高吸水性树脂。用XRD、IR、TEM等手段对合成出的树脂结构进行表征,可以看出蒙脱石已经被充分撑开,均匀地分散在聚合物基体中,达到了插层复合的效果。 所用的蒙脱石经过二次插层法进行有机化处理,通过XRD、IR和TEM等手段,对一次插层法和二次插层法的效果进行了比较,可知用二次插层法有机化的蒙脱石的层间距已增大至3.07nm,二次插层有机化后的蒙脱石再与PAA插层复合,其层间距更是增至4.66nm以上,说明了二次插层法是一种较为理想的蒙脱石有机化方法。 在单因素变化实验的基础上,安排四因素三水平正交实验得出最佳合成条件为:交联剂量0.1%,蒙脱石量10%,中和度70%,反应温度70℃,分散剂量4%,引发剂量2%(以上百分比都是相对于单体AA的质量比)。按此最佳合成条件合成出的聚丙烯酸钠/蒙脱石插层复合型高吸水性树脂最大吸水倍率为780g/g,最大吸盐水(9%食盐水)倍率为86g/g,吸水后呈粒径均匀的颗粒状凝胶,有很高的强度,其弹性模量为49MPa。 适量(10%)蒙脱石的加入,可以提高树脂的吸水性能,在不降低树脂耐盐性的基础上,大大提高了产品的机械性能。这可能是由于蒙脱石的片层被剥离、分散在聚合物基体中,几乎实现了无机材料和聚合物基体分子水平的复合,综合了有机、无机两相的性能,有很强的有机-无机界面结合力,使得其机械性能大幅度提高。 虽然聚合物/无机物纳米复合结构在其他高分子聚合物领域并非新颖,但将聚一合物无机物纳米复合结构引入对高性能吸水剂的结构设计与合成以实现对高性能吸水剂的改性,目前在国内还属探索阶段。本论文对PAA/M:MI’插层结构的研究,丰富了高性能吸水材料的研究方法,开拓高保水剂性能与结构设计的新思路。